Appare utile ricordare i fondamenti dell’ingegneria antisismica ed alcuni aspetti che appaiono in generale scarsamente enfatizzati.
Le strutture sono progettate tenendo conto della loro capacità di dissipare energia secondo cicli di isteresi che implicano l’uscita dal campo elastico, con le relative conseguenze: aumento degli spostamenti, deformazioni permanenti e fessurazione nel caso del calcestruzzo armato. Grazie a tale comportamento si ha anche un aumento del periodo fondamentale di vibrazione e le accelerazioni orizzontali applicate risultano notevolmente inferiori a quelle competenti al comportamento completamente elastico. La correlazione fra le accelerazioni ed il periodo è rappresentata dagli “spettri di risposta”.
Le nuove norme tecniche del DM 14/01/2008 e la circolare di attuazione 2/02/2009, pur essendo di non agevole lettura, definiscono diversi stati limite ed i relativi spettri da considerare per le verifiche progettuali e precisamente quelli di: operatività (SLO), danno (SLD), salvaguardia della vita (SLV) e collasso (SLC); i relativi parametri sono funzione della probabilità ammessa per l’evento, della vita nominale e dell’uso dell’edificio, nonché delle caratteristiche geotecniche del sottosuolo e delle condizioni topografiche, ed infine dello smorzamento che dipende dal comportamento isteretico della struttura.
Gli spettri sono dati per la risposta totalmente elastica e per quella corrispondente al comportamento duttile, utilizzato per il progetto delle strutture.
A titolo di esempio, nella figura sono riportati gli accelerogrammi registrati dalle stazioni AQV e GSG, con la elaborazione dello spettro di risposta elastica (in azzurro e in blu) e gli spettri di normativa SLD ed SLC, per una costruzione normale, su terreno pianeggiante con sottosuolo a grana grossa mediamente addensato e con tipologia strutturale in calcestruzzo del tipo a pareti non accoppiate.
Appaiono evidenti sia la breve durata del sisma (circa 15 s) sia la attenuazione dello stesso in relazione alla distanza dall’epicentro ed alla localizzazione in galleria della stazione GSG.
Si osserva che la accelerazione di risposta di normativa (in viola, totalmente elastica) schematizza in modo soddisfacente l’evento; lo spettro utilizzabile per il progetto allo stato di danno (in arancione) è nettamente inferiore.
Tramite opportune verifiche, progettazione accurata dei nodi di connessione fra gli elementi portanti verticali ed orizzontali e corretta costruzione, viene garantita per lo stato limite ultimo SLC la stabilità ma si ammette per lo stato limite di danno SLD il danneggiamento della struttura e degli elementi non portanti, come ad esempio i tavolati, che sono rigidi ma fragili nel loro piano e quindi non in grado di seguire le deformazioni della struttura; le conseguenze possono essere comunque tali da inibire la continuità di uso e generare considerevoli spese di ripristino.
Solo con opportuni sistemi di disaccoppiamento di tali elementi dalla struttura o con l’innovativa progettazione con l’isolamento sismico, della quale si illustrano i principi nel seguito,.è possibile limitare nel primo caso o eliminare completamente nel secondo tutti i danni al contenuto degli edifici.
E’ ovvio invece che carenze di costruzione e di progetto sono le ragioni principali dei gravi dissesti e dei crolli.
Nel caso si volesse progettare e realizzare una struttura che rimanga comunque in campo elastico, sussistono a prima vista due alternative.
La prima, convenzionale e praticamente molto raramente fattibile, richiede il dimensionamento per le accelerazioni corrispondenti a tale comportamento che risultano pari al prodotto di quelle massime del terreno per un fattore superiore a 3, con la conseguenza di dovere progettare anche gli elementi non strutturali per resistere ad elevatissime forze inerziali e di dover sostenere notevoli prezzi di costruzione.
La seconda, innovativa, conveniente (prezzo addizionale pari a circa 3% dell’importo totale delle strutture) ed affidabile, è basata sull’isolamento sismico della struttura o sulla dissipazione energetica attuata entro appositi dispositivi; si veda anche l’inserto a cura dell’ ENEA.
L’isolamento è ottenuto mediante l’inserimento, fra le fondazioni e la parte in elevazione, di dispositivi dotati sia di limitata rigidezza orizzontale, che disaccoppia il moto del terreno da quello dell’edificio, sia di smorzamento, che consente la dissipazione di energia, così che le azioni inerziali nella struttura vengono ridotte in modo significativo.
Tale tecnologia si va diffondendo rapidamente in tutto il mondo ed eventi sismici con elevata magnitudo ne hanno dimostrato la completa validità.
Purtroppo le applicazioni italiane dell’isolamento sismico, dopo i primi esempi che risalgono alla fine degli anni 80 e fra i quali si citano i 5 edifici del centro Telecom di Ancona progettati dallo scrivente, hanno avuto una lunga fase di stasi, pressoché totale dal 1993 al 2003, dovuta essenzialmente alla imposizione di approvazione del progetto da parte del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, in assenza di tempi certi di risposta da parte di organismo oltretutto non aggiornato (si vedano anche i miei articoli sul Giornale dell’Ingegnere N°8 del 01/05/1996 e N°16 del 01/10/1999). Solo dopo la pubblicazione, in data 20 marzo 2003, dell’Ordinanza del Presidente del Consiglio che ha rimesso la completa responsabilità al progettista, le applicazioni hanno ripreso a crescere rapidamente per gli edifici strategici e per alcune scuole.
Il progetto con l’isolamento sismico del centro Telecom di Ancona suscitò un interesse così notevole da indurre l’ENEA a promuovere ed ENEL, tramite ISMES (Istituto Sperimentale Modelli e Strutture), a realizzare, in prima mondiale, prove di rilascio dallo spostamento di progetto di uno degli edifici costruiti; i risultati acquisiti ebbero la dovuta risonanza e stimolarono la realizzazione con tale tecnologia di molte costruzioni in numerosi stati.
L’edificio è tutt’ora strumentato per la acquisizione automatica delle accelerazioni del terreno e della struttura, e per i relativi spostamenti ma, dopo il primo periodo di circa 4 anni, in cui i dati furono acquisiti dall’ISMES, allo scadere del finanziamento il sistema fu scollegato. Non ostante la opportunità di mantenere in attività tale completa stazione di rilevamento sia stata ampiamente segnalata, nessun ente o istituto di ricerca la prese in considerazione.
Si è inspiegabilmente preferito investire somme considerevoli per acquisire in altre postazioni le accelerazioni del terreno ma ovviamente senza registrare il comportamento di una struttura isolata; data la distanza non eccessiva dall’epicentro del recente terremoto, sarebbe stato interessante ottenere una messe di dati preziosa per ulteriori sviluppi e ricerche per tale tecnica di protezione.
E’ sconsolante dover constatare ancora una volta come, nel nostro paese, vengano deliberatamente ignorate risorse immediatamente disponibili.
Come considerazione finale, è doveroso esprimere alla popolazione così duramente colpita sia le condoglianze per i lutti, sia la solidarietà, non solo umana, per la riattivazione delle attività lavorative e per la ricostruzione degli edifici ed inoltre ammirare la dignità con cui le persone colpite hanno affrontato la sciagura.
Le nuove norme tecniche del DM 14/01/2008 e la circolare di attuazione 2/02/2009, pur essendo di non agevole lettura, definiscono diversi stati limite ed i relativi spettri da considerare per le verifiche progettuali e precisamente quelli di: operatività (SLO), danno (SLD), salvaguardia della vita (SLV) e collasso (SLC); i relativi parametri sono funzione della probabilità ammessa per l’evento, della vita nominale e dell’uso dell’edificio, nonché delle caratteristiche geotecniche del sottosuolo e delle condizioni topografiche, ed infine dello smorzamento che dipende dal comportamento isteretico della struttura.
Gli spettri sono dati per la risposta totalmente elastica e per quella corrispondente al comportamento duttile, utilizzato per il progetto delle strutture.
A titolo di esempio, nella figura sono riportati gli accelerogrammi registrati dalle stazioni AQV e GSG, con la elaborazione dello spettro di risposta elastica (in azzurro e in blu) e gli spettri di normativa SLD ed SLC, per una costruzione normale, su terreno pianeggiante con sottosuolo a grana grossa mediamente addensato e con tipologia strutturale in calcestruzzo del tipo a pareti non accoppiate.
Appaiono evidenti sia la breve durata del sisma (circa 15 s) sia la attenuazione dello stesso in relazione alla distanza dall’epicentro ed alla localizzazione in galleria della stazione GSG.
Si osserva che la accelerazione di risposta di normativa (in viola, totalmente elastica) schematizza in modo soddisfacente l’evento; lo spettro utilizzabile per il progetto allo stato di danno (in arancione) è nettamente inferiore.
Tramite opportune verifiche, progettazione accurata dei nodi di connessione fra gli elementi portanti verticali ed orizzontali e corretta costruzione, viene garantita per lo stato limite ultimo SLC la stabilità ma si ammette per lo stato limite di danno SLD il danneggiamento della struttura e degli elementi non portanti, come ad esempio i tavolati, che sono rigidi ma fragili nel loro piano e quindi non in grado di seguire le deformazioni della struttura; le conseguenze possono essere comunque tali da inibire la continuità di uso e generare considerevoli spese di ripristino.
Solo con opportuni sistemi di disaccoppiamento di tali elementi dalla struttura o con l’innovativa progettazione con l’isolamento sismico, della quale si illustrano i principi nel seguito,.è possibile limitare nel primo caso o eliminare completamente nel secondo tutti i danni al contenuto degli edifici.
E’ ovvio invece che carenze di costruzione e di progetto sono le ragioni principali dei gravi dissesti e dei crolli.
Nel caso si volesse progettare e realizzare una struttura che rimanga comunque in campo elastico, sussistono a prima vista due alternative.
La prima, convenzionale e praticamente molto raramente fattibile, richiede il dimensionamento per le accelerazioni corrispondenti a tale comportamento che risultano pari al prodotto di quelle massime del terreno per un fattore superiore a 3, con la conseguenza di dovere progettare anche gli elementi non strutturali per resistere ad elevatissime forze inerziali e di dover sostenere notevoli prezzi di costruzione.
La seconda, innovativa, conveniente (prezzo addizionale pari a circa 3% dell’importo totale delle strutture) ed affidabile, è basata sull’isolamento sismico della struttura o sulla dissipazione energetica attuata entro appositi dispositivi; si veda anche l’inserto a cura dell’ ENEA.
L’isolamento è ottenuto mediante l’inserimento, fra le fondazioni e la parte in elevazione, di dispositivi dotati sia di limitata rigidezza orizzontale, che disaccoppia il moto del terreno da quello dell’edificio, sia di smorzamento, che consente la dissipazione di energia, così che le azioni inerziali nella struttura vengono ridotte in modo significativo.
Tale tecnologia si va diffondendo rapidamente in tutto il mondo ed eventi sismici con elevata magnitudo ne hanno dimostrato la completa validità.
Purtroppo le applicazioni italiane dell’isolamento sismico, dopo i primi esempi che risalgono alla fine degli anni 80 e fra i quali si citano i 5 edifici del centro Telecom di Ancona progettati dallo scrivente, hanno avuto una lunga fase di stasi, pressoché totale dal 1993 al 2003, dovuta essenzialmente alla imposizione di approvazione del progetto da parte del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, in assenza di tempi certi di risposta da parte di organismo oltretutto non aggiornato (si vedano anche i miei articoli sul Giornale dell’Ingegnere N°8 del 01/05/1996 e N°16 del 01/10/1999). Solo dopo la pubblicazione, in data 20 marzo 2003, dell’Ordinanza del Presidente del Consiglio che ha rimesso la completa responsabilità al progettista, le applicazioni hanno ripreso a crescere rapidamente per gli edifici strategici e per alcune scuole.
Il progetto con l’isolamento sismico del centro Telecom di Ancona suscitò un interesse così notevole da indurre l’ENEA a promuovere ed ENEL, tramite ISMES (Istituto Sperimentale Modelli e Strutture), a realizzare, in prima mondiale, prove di rilascio dallo spostamento di progetto di uno degli edifici costruiti; i risultati acquisiti ebbero la dovuta risonanza e stimolarono la realizzazione con tale tecnologia di molte costruzioni in numerosi stati.
L’edificio è tutt’ora strumentato per la acquisizione automatica delle accelerazioni del terreno e della struttura, e per i relativi spostamenti ma, dopo il primo periodo di circa 4 anni, in cui i dati furono acquisiti dall’ISMES, allo scadere del finanziamento il sistema fu scollegato. Non ostante la opportunità di mantenere in attività tale completa stazione di rilevamento sia stata ampiamente segnalata, nessun ente o istituto di ricerca la prese in considerazione.
Si è inspiegabilmente preferito investire somme considerevoli per acquisire in altre postazioni le accelerazioni del terreno ma ovviamente senza registrare il comportamento di una struttura isolata; data la distanza non eccessiva dall’epicentro del recente terremoto, sarebbe stato interessante ottenere una messe di dati preziosa per ulteriori sviluppi e ricerche per tale tecnica di protezione.
E’ sconsolante dover constatare ancora una volta come, nel nostro paese, vengano deliberatamente ignorate risorse immediatamente disponibili.
Come considerazione finale, è doveroso esprimere alla popolazione così duramente colpita sia le condoglianze per i lutti, sia la solidarietà, non solo umana, per la riattivazione delle attività lavorative e per la ricostruzione degli edifici ed inoltre ammirare la dignità con cui le persone colpite hanno affrontato la sciagura.
L’articolo del dott. ing. Gian Carlo Giuliani è tratto da http://www.giornaleingegnere.it/